intercepción y drenaje en las epifitas de dosel de una

Ataroff, M. y J.F. Silva (eds) 2005. Dinámica Hídrica en Sistemas Neotropicales. ICAE,Univ. Los Andes,
Mérida,
Venezuela
Walker,
R. y Ataroff,
M.
INTERCEPCIÓN Y DRENAJE EN LAS EPIFITAS DE DOSEL DE UNA SELVA
NUBLADA ANDINA VENEZOLANA
INTERCEPTION AND DRENAJE IN CANOPY EPIPHITES OF AN ANDEAN CLOUD
FOREST IN VENEZUELA
1,2
Robin Walker
y Michele Ataroff
3
1
Universidad Interamericana de Puerto Rico, San Germán, Puerto Rico, 2Postgrado en Ecología Tropical e
3
Instituto de Ciencias Ambientales y Ecológicas (ICAE), Fac. Ciencias, Universidad de Los Andes,
Mérida, Venezuela. rwalker@sg.inter.edu, ataroff@ula.ve
RESUMEN
En la selva nublada de La Mucuy, Andes de Venezuela, estudiamos la capacidad de interceptar y retener agua por parte
de ramas con epifitas del dosel. Secciones de ramas de 1,4m, colectadas en árboles de tres parcelas entre 23002800m, fueron sometidas a una lluvia simulada durante 1h y se evaluó su intercepción. Paralelamente, otras
secciones de rama con epifitas fueron saturadas de agua y se midió su pérdida por drenaje y evapotranspiración. En
promedio la intercepción fue 64%. El drenaje rápido (>1gota min-1) duró en promedio 20min y constituyó el 50%
de las pérdidas totales en 5días. El drenaje lento (<1 gota min-1) se prolongó por las primeras 24h y comprendió el
84% de las pérdidas en 5 días. Entre 4 y 16% del agua fue retenido por las epifitas durante 120h (5 días). La rara
ocurrencia de períodos continuos sin lluvia mayores de 5 días (no más de tres veces por año) condiciona a las epifitas
a recibir nuevos ingresos de agua antes de llegar a las pérdidas máximas. Los resultados indican interacciones
importantes entre las epifitas del dosel y la dinámica hídrica de la selva en La Mucuy, especialmente en períodos
cortos.
ABSTRACT
We study the interception and retention of water by canopy branches with epiphytes in the cloud forest located in
La Mucuy, in the Venezuelan Andes. Branch sections (1.4m) were collected from trees in three plots between 2300
and 2800m. They were submitted to simulated rain for one hour before interception was estimated. Other sections
were saturated with water before measuring water lost by drainage and evapotranspiration. Mean rainfall interception
was 64%. Rapid drainage (>1drop min-1) lasted an average of 20min and represented 50 of total lost during five days.
Slow drainage (<1drop min-1) lasted 24h and represented 84% of total lost during five days. Epiphytes retained 4 to
16% of rainfall during five days. This may be a response to the low frequency of sequences with more of five days
without rain (less than three times per year) in this cloud forest. Thus, these epiphytes should get new water input
before getting to the maximum-lost threshold. These results suggest important interaccions between canopy epiphytes
and water dynamics in the cloud forest a La Mucuy, especially for short periods.
INTRODUCCIÓN
La alta biodiversidad de las epifitas en las selvas
y bosques nublados ha sido relacionada, entre
otros factores, con las condiciones atmosféricas
y la compleja estructura de estas selvas que
condicionan variedad de hábitats y características
microambientales dentro del sistema (Norman y
Campbell 1989, Nieder et al 1999, Ataroff y Rada
2000, Acevedo et al. 2003)
La biomasa de las epifitas del dosel ha sido
estimada para selvas nubladas neotropicales en
un rango de 3,8 a 12Mg ha-1 (Veneklaas et al
1990, Caballero-Rueda et al 1997, Nadkarni et
al 2000, Walker y Ataroff 2002). Esta biomasa
tiene importancia en diversos aspectos de la
estructura y dinámica de estos ecosistemas, sin
embargo en el presente estudio nos enfocaremos
en la interacción entre estas plantas y el resto del
sistema desde un punto de vista hídrico.
La hidrología de las selvas nubladas depende de la
importante cobertura de nubes y neblina, las
elevadas precipitaciones verticales, aunadas a la
compleja estructura de la vegetación y la abundancia
11
Intercepción y drenaje en las epífitas del dosel en selva nublada
de epifitas. En la dinámica del agua, uno de los
principales impactos del dosel es la intercepción.
sotobosque de La Mucuy fluctúa entre 75-100%
(Ataroff y Rada 2000).
La intercepción se ha definido como la fracción
del agua incidente que es retenida por las
estructuras aéreas de la vegetación. Ataroff y Rada
(2000) sugirieron que la alta intercepción calculada
en la selva nublada de La Mucuy, Andes de
Venezuela, está probablemente relacionada con la
abundancia de epifitas. Veneklaas et al. (1990) y
Veneklaas y Van Ek (1990) analizaron las
propiedades hidrológicas de las ramas cubiertas
de epifitas en selvas de altura en la Cordillera
Central de Colombia, concluyendo que las epifitas
cumplen un papel significativo en el proceso de
intercepción.
La vegetación del área es de selva nublada montano
alta (Ataroff 2001), la cual tiene una estructura muy
compleja, con un dosel abierto entre 20-25m. El
área basal ha sido medida como 26-41m2 ha-1 and
35cm DAP en promedio (Veillon 1965). El índice
de área foliar ha sido reportado como 0.98-3,21 a
1m sobre el suelo y 1,36 para el dosel (Acevedo et
al. 2003, Ataroff y Rada 2000). Esta selva tiene
alta diversidad de árboles, con 20-48especies ha-1
(Veillon 1965), y Kelly et al. (1994) reportaron para
una localidad cercana, 120 especies de epifitas
vasculares. La biomasa epifítica resultó cerca de
12Mg ha -1 en La Mucuy (85% fueron
bromeliáceas), lo que es 1,6 veces la biomasa
fotosintética de los forofitos (Walker y Ataroff
2002).
En las selvas y bosques nublados andinos, los
ingresos por precipitación vertical y horizontal, así
como la precipitación neta, han sido medidos
permitiendo una estimación de la intercepción entre
11 y 51% (Steinhardt 1979, Vis 1989, Veneklaas y
Van Ek 1990, Rodriguez y Ballesteros 1997, Ataroff
y Rada 2000, Ayarde 2005, Fonseca y Ataroff
2005).
La selva nublada de La Mucuy (Parque Nacional
Sierra Nevada, estado Mérida) tiene una biomasa
epifítica excepcionalmente alta (Walker y Ataroff
2002) y una alta intercepción por el dosel (Ataroff
y Rada 200). El análisis de las características
hidrológicas de las comunidades de epifitas debería
permitir aclarar su relación con el sistema global
del dosel. En este trabajo se presenta una primera
evaluación de la intercepción y drenaje, de la
comunidad de epifitas del dosel de esta selva
nublada de Los Andes de Venezuela.
ÁREA DE ESTUDIO
El área de estudio fue La Mucuy (8 ° 38´N,
70°02´O°), en el Parque Nacional Sierra Nevada,
estado Mérida, Venezuela. La precipitación anual
es 3000mm, en promedio, y la temperatura medio
es 14°C (Ataroff y Rada 2000).
Las selvas nubladas andinas presentan alta
frecuencia de nubes bajas y neblina la mayor parte
del año. Ataroff y Rada (2000) estimaron su
intercepción en La Mucuy como 9% del ingreso
total de agua. La insolación diaria promedió 3,5h
(para el año 2000). La humedad relativa en el
12
MATERIALES Y MÉTODOS
El estudio se realizó con muestras tomadas de tres
parcelas seleccionadas al azar entre 2400 y 2800m,
en la selva nublada de La Mucuy.
Experimento de intercepción: Se diseñó un
experimento para calcular la cantidad de agua que
pueden interceptar las ramas con epifitas. Se llevó
a cabo en las instalaciones del Instituto de
Investigaciones Agropecuarias (IIAP) de la
Universidad de Los Andes, entre mayo y julio de
2000. Las muestras fueron de ramas de cuatro
especies del dosel: Sapium styare, Hedyosumum
glabtatum, Billia columbiana y una no
identificada.
Nueve segmentos de rama de aproximadamente
140cm fueron colgadas manteniendo su
inclinación original, y sometidas a una lluvia
simulada generada por un dispersor en el extremo
de un tubo a 3m de altura, con tamaño de gota
cercano a 1200 micrones (similar a lo
comunmente encontrado en las precipitaciones
naturales a este nivel de Los Andes (Andressen
1978, Vis 1989). Esta lluvia fue aplicada durante
una hora. En el suelo, 5 envases fueron
colocados en torno al segmento de rama para
colectar y calcular el monto de precipitación. Los
segmentos de rama fueron pesados antes y
después de ser sometidos a la lluvia simulada,
utilizando una bolsa plástica para evitar pérdidas
Walker, R. y Ataroff, M.
de agua debido a la manipulación. Se registró la
evaporación (tina A estandar) y la humedad
relativa (psicrómetro Jules Richard) durante el
experimento.
Se tomaron fotografías «aéreas» de los segmentos
de rama en su posición para recibir lluvia simulada,
las cuales se utilizaron para calcular el área expuesta
a la precipitación con ARC View 8.1.
Luego del experimento, todas las epifitas fueron
removidas de las ramas, y clasificadas en cinco
grupos monfofuncionales (GME, Walker y Ataroff
2002): bromeliáceas de hoja ancha (BHA),
bromeliáceas de hoja fina (BHF), orquídeas y
pipiráceas (Orq/pip), helechos (H) y líquenes y
musgos (Liq/mus). Todas fueron secadas en estufa
hasta peso constante y pesadas.
Retención de agua (experimento gravimétrico):
Se diseñó un experimento para calcular el tiempo
de retención del agua interceptada por ramas con
epifitas.
Se colectó doce ramas de individuos tomados al
azar de tres especies de forofitos: Sapium styare,
Myrcia acuminata y Billia columbiana. De cada
una se tomó un segmento de aproximadamente
140cm, cada uno de los cuales fue sellado con
asfalto líquido en los extremos cortados y fue
colgado de forma de mantener su inclinación original
(figura 1). Se saturó con agua cada segmento de
rama con sus epifitas. Se ató un recipiente en un
extremo del segmento al cual se colocó un clavo
que recibía una plomada tocándolo cuando la rama
quedaba saturada (figura 1). A medida que la rama
perdía agua, se iba compensando el peso añadiendo
agua (la cual era medida) en el recipiente por cada
unidad de tiempo, tapándolo inmediatamente
después. Luego de saturar el segmento de rama,
se midió la pérdida de agua por drenaje rápido
(>1gota min-1) en intervalos de cinco minutos, el
drenaje lento (<1gota min-1) en intervalos de 10
minutos al inicio y cada hora después de la primera
hora, y finalmente, al terminar el drenaje, se midió
la pérdida por días. Este experimento se llevó a
cabo entre marzo y julio de 2000, en un galpón
abierto en la Estación Ornitológica La Mucuy, muy
cerca de la selva. Durante los experimentos se midió
la demanda evaporativa atmosférica (atmometro
de Piche), la temperatura y humedad relativa
(psicrometro Jules Richard).
Figura 1:Dispositivo para experimento de retención
de agua. Dibujo: Edwin Suárez.
Al terminar los experimentos todas las epifitas
fueron removidas de los segmentos de rama,
clasificadas en los GME mencionados
anteriormente, secadas en estufa hasta peso
constante y pesadas.
RESULTADOS
En este trabajo sólo trataremos las epifitas por
grupos morfofuncionales (GME), sin embargo las
especies más comúnmente encontradas en las
muestras fueron: para el grupo BHA, Guzmania
mitis, Tillandsia complanata, Racinea
tetrantha, en el grupo BHF Tillandsia
longifolia, Vriesea tequendame, en el grupo
Orc/pip géneros Pleurotalis, Peperomia, en el
grupo F Pleopettys macrocarpa, Grammitis
apiculata.
El agua recibida por el dosel es normalmente
interceptada por las ramas de forofitos con su
carga de epifitas. El experimento para medir este
proceso mostró que la intercepción promedio de
los segmentos de rama fue de 64% (en un rango
muy variable entre 18 y 97%) del total del agua
incidente (Tabla 1). No se encontró correlación
entre la intercepción y la biomasa epifitica o el
área de exposición a la lluvia simulada.
13
Intercepción y drenaje en las epífitas del dosel en selva nublada
Tabla 1: Intercepción, área expuesta a la lluvia, biomasa epifitica y diámetro medio de los nueve segmentos de
rama para el experimento de intercepción. Especies de forofitos (Foro. sp): Hg: Hedyosumum glabratum; Bc:
Billia columbiana; Ss: Sapium stylare; U: no identificado.
Foro.
sp
Hg 1
Hg 2
Bc 1
Bc 2
Bc 3
Ss 1
Ss 2
Ss 3
U1
Media
Diámetro
Área
muestra expuesta
cm
cm2
18,3
832
21
3359
17,2
642
17,5
2200
37,3
456
42
743
4,6
459
17
548
18,2
966
20
1134
El agua interceptada puede seguir diferentes vías:
drenaje, evapotranspiración o asimilación por las
epifitas. El análisis gravimétrico permitió
cuantificar el drenaje y la evapotranspiración.
Durante el experimento gravimétrico, realizado
entre el 10 de marzo y el 13 de Julio del 2000, la
temperatura promedio fue 17°C (siendo la mínima
11º y la máxima 22°C a las 07 y 14h
respectivamente). En ese lapso la demanda
evaporativa diaria fue de 1,7mm, como promedio
de 36 días, mientras la humedad relativa promedio
diurna estuvo entre 71 y 94%.
La pérdida de agua ocurrió en tres etapas: la primera,
el drenaje rápido (>1gota min-1), constituyó la mayor
pérdida en todas las muestras, correspondiendo al
50% del total ocurrido en varios días (figura 2A).
Este drenaje ocurrió en el transcurso de los 20min
posteriores a la saturación y el 70% de la pérdida se
detectó en los primeros 5min (figura 2B). La etapa
siguiente fue de drenaje lento (<1 gota min-1), la cual
se prolongó por las primeras 24h y comprendió el
84% de las pérdidas registradas (figura 2A). Los
resultados mostraron que la última etapa (la tercera),
luego de 24h, correspondió a pérdidas por
evapotranspiración habiendo cesado el goteo. Entre
4 y 16% del agua fue retenido por las epifitas durante
120h (5 días) en promedio. En esta selva, durante
este lapso hay una alta probabilidad de ocurrencia
de nuevos ingresos por precipitación tanto vertical
como horizontal. Analizando los cinco años de
14
Biomasa
epifitas
g
187,66
1289,89
929,3
3200,3
139,82
543,76
87,64
142,48
758,22
808,79
Intercepción
muestras
%
18
43
85
97
35
79
56
88
77
64
Lluvia
simulada
mm
20
16
23
17
16
12
19
12
14
17
registros de precipitaciones verticales en La Mucuy,
observamos que la mayor frecuencia de días
consecutivos sin lluvia fue de 1 hasta 4 días, los
cuales explicaron el 95% de los lapsos sin lluvia;
aunque existieron secuencias mayores, ellas fueron
raras (5%).
El análisis de «cluster» de 12 muestras de rama
del experimento gravimétrico reveló la existencia
de dos grupos (Tabla 2). Un grupo incluye ramas
con baja biomasa epifítica y un comportamiento
hidrológico diferente del otro grupo, el cual presentó
gran biomasa de epifitas. El primer grupo mostró
montos de pérdida de agua significa-tivamente
menores en las tres etapas (a, b y c en la Tabla 2).
El porcentaje de pérdida durante la primera hora
en comparación al máximo de pérdida para el lapso
estudiado fue mayor en el segundo grupo con alta
biomasa epifítica, aunque no resultó
estadísticamente significativo, siendo un indicador
de que este grupo perdió agua más rápidamente (d
en la tabla 2). Este último alcanzó la segunda etapa
en ½ h, mientras el otro tardó 4h 47min, es decir, 8
veces más rápido en el primer caso (d en Tabla 2).
También, el tiempo de la máxima pérdida fue menor
en las ramas con menos epifitas, promediando 19h,
mientras al otro grupo le tomó 70h (tres días). Estas
diferencias entre ambos grupos no fueron
influenciadas por las otras variables en
consideración, a saber, ángulo de las ramas,
humedad relativa y demanda evaporativa, las cuales
no mostraron diferencias significativas.
100
100
80
80
% pérdida
% pérdida
Walker, R. y Ataroff, M.
60
40
60
40
20
20
0
0
0
A
50
100
150
0
200
horas
B
10
20
30
40
50
60
min
Figura 2: Pérdida mEdia durante el experimento gravimétrico, A: durante ocho días (100% siendo la pérdida
total en el lapso), B: durante la primera hora (drenaje rápido) (100% siendo la pérdida acumulada durante la
primera hora).
DISCUSIÓN
Como un resumen de los resultados, partiendo del
momento de su saturación por precipitación
simulada, la intercepción por parte de las ramas
con epifitas fue de 64% del agua incidente,
mientras 36% drenó durante la lluvia. Una hora
más tarde, 51% del total interceptado habría
drenado, monto que sumado al no interceptado
totalizaría 69% de agua que ha atravesado el dosel
quedando momentáneamente retenida el 31%.
Veinticuatro horas después, la pérdida alcanzó 90%
del agua incidente, asumiendo que la
evapotranspiración fue imperceptible en el primer
día (Sinclair 1983). El remanente interceptado fue
10%. A partir de ese momento, el drenaje cesó y
la pérdida ocurre vía evapotranspiración,
correspondiendo a 5% del ingreso total en el
transcurso de los siguientes cinco días, y en
consecuencia, quedando interceptado 5%. Si un
nuevo evento de precipitación ocurriera antes de
terminar los cinco días, éste restauraría las ramas
y reiniciaría el proceso descrito. Estos porcentajes
están basados en el comportamiento bajo
precipitación de 17mm en una hora, como el
experimento de intercepción, bajo otras
características de precipitación las proporciones
pudieran no ser las mismas.
El promedio de intercepción encontrado (64%)
fue menor que el reportado por Veneklaas et al
(1990). Una posible causa de disminución de
intercepción es el efecto salpicadura que aumenta
con la intensidad de la precipitación y el tamaño
de la gota. Herwitz (1987, en Veneklaas et al 1990)
estimaron 40% de pérdida por salpicadura bajo lluvia
simulada intensa con gotas de gran tamaño. En
este estudio, las gotas fueron pequeñas y la distancia
de caída de aproximadamente 2m, por lo tanto
esperamos un efecto bajo en salpicadura.
Los resultados mostraron que a mayor biomasa
epifítica menor y más rápido resultó el drenaje.
Walker y Ataroff (2002) encontraron que en esta
selva a mayor perímetro de las ramas mayor
biomasa de epifitas, así, la dinámica hídrica debe
variar espacialmente dependiendo de la posición de
cada sección de rama. Los resultados presentados
aquí, indicaron que a las ramas finas (hasta 21cm
de perímetro promedio) les tomó menos tiempo
(32min) para drenar totalmente, mientras a las
ramas grandes (30cm de perímetro) les tomó
mucho más tiempo (268min) (Tabla 2). Veneklaas
et al (1990) también encontraron importantes
diferencias entre muestras de las zonas interna y
media de las ramas, donde el drenaje demoró
176min, y las de la zona distal de la rama que
demoraron 62min, en una selva nublada de Los
Andes de Colombia.
El comportamiento de pérdida de agua de las epifitas
del dosel de La Mucuy mostró que las mayores
pérdidas ocurren por drenaje durante los primeros
20min, pero el drenaje continúa por 24h. Las
evidencias de evapotranspiración no se hicieron
perceptibles hasta el tercer día después de la
saturación de las ramas (figuras 1 y 2). Sinclair
(1983), estudiando especies epifitas procedentes
de ambientes húmedos con poca ocurrencia de
lapsos secos en Malasia, reportó como
insignificantes los cambios en el contenido relativo
de agua (la razón entre el agua interna real y el agua
15
16
WLB
F
g
g
g
0
17,3
0,2
8,19 107,37 15,33
2,16
0
0
0
0
0
1,59
0
13,37
2,39 24,93 5,78
0,3
0
0,16
6,59
0
12,64
16,51
0
3,75
14,25
0
9,25
30,95 163,47 22,16
31,49 223,91 9,83
32,82
0
5,68
18,99 55,34 9,07
TLB Orq/pip
g
0
70,8
6,64
41,93
85,03
40,88
22,01
16,44
5,5
13,01
6,97
12,36
14,54
12,98
Liq/mus
a
pérdida
30 min
g
ml
0
52
0
156
0
64
0
66
0
140
0
96
0
200
0
112
20,66
290
43,2
100
35,15
170
139,78
557
14,27
460
36,15
270
MO
b
pérdida cpérdida
24h
3 días
ml
ml
58
168
397
58
64,5
582
315
64,5
280
235
223
222
235
315
250
280
530
655
340
340
250
675
820
820
785
1445
459
647
d
pérdida e<1gota fTiempo
1h
min-1 pérd. max
%
min
h
90
25
12
27
60
48
100
20
1
21
30
24
50
25
12
58
32
19
85
840
24
41
110
96
44
25
96
29
120
24
68
180
12
36
300
120
25
300
120
47
268
70
Evp
24h
ml
2,3
3,4
1
2,7
2,4
2,4
2,2
2,5
2,4
1,1
1,5
1,4
1,3
1,8
g
h
HR iAngulo
rama
%
%
45
74
40
45
87
40
76
45
79
43
81
60
83
55
80
25
80
40
80
50
80
30
89
55
83
45
a: ml perdidos en 30min; b:ml perdidos en 24h; c:ml perdidos en 3 días; d:% de pérdida en 1h; e:menos de 1 gota por min; f:tiempo de pérdida
máxima; g:demanda evaporativa en las priemras 24h; h:humedad relativa promedio; i:% pendiente de las ramas
g
Ma 1
0
Ma 2
0
Ma 3
0
Bc 1
0
Bc 2
8,44
Promedio 1,69
Bc 3
142,34
Bc 4
136,03
Ss 1
154,49
Ss 2
336,81
Ss 3
407,87
Ss 4
482,38
Ss 5
296,36
Promedio 279,47
Foro, sp
Tabla 2: Experimento de retención de agua (gravimétrico), datos. Especies de Forofitos (Foro, sp): Ma: Myrcia acuminata,
Bc: Billia columbiana; Ss: Sapium stylare.
Intercepción y drenaje en las epífitas del dosel en selva nublada
Walker, R. y Ataroff, M.
interna bajo saturación) indicando que la
evapotranspiración fue despreciable por al menos
un día en Pyrrosia angustata (helecho), y entre 3 y
20 días en tres especies de orquídeas (Eria velutina,
Dendrobium tortile, D. crumenatum), lo cual
atribuyó a la actividad estomática. Por otra parte,
Zotz y Andrade (2003) indicaron que la tasa de
pérdida de agua puede ser muy variable, reportando
20% diario para Guzmania monostachya, mientras
Tillandsia fasciculata perdió la misma proporción
pero en una semana.
Los resultados indican interacciones importantes
entre las epifitas del dosel y la dinámica hídrica de la
selva en La Mucuy, especialmente en períodos
cortos, combinando la intercepción de cantidades
considerables de agua y la pérdida lenta y progresiva
por drenaje y evapotranspiración en lapsos menores
de una semana. Por otra parte, la rara ocurrencia de
períodos seguidos sin lluvia mayores de 5 días (no
más de tres veces por año) condiciona a las epifitas
a recibir nuevos ingresos de agua antes de llegar a
las pérdidas máximas, complicando la cuantificación
de los procesos de «llenado» y «desecación» de este
importante componente del dosel.
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos al Instituto de Investigaciones
Agropecuarias (IAP) de la Universidad de Los
Andes, y a la Estación Ornitológica La Mucuy por
facilitarnos sus instalaciones. Al personal del Campo
Experimental Truchicola La Mucuy (INIA), a
INPARQUES y el personal del Parque Nacional
Sierra Nevada por su colaboración. Agradecemos
a Álvaro Iglesias, Broyoán López, Pablo Toro, Nancy
Chacín, Ildefonso Ruiz, Raphael Dulhoste y Luis
Rondón por su valiosa ayuda en diversos aspectos
de esta investigación. Este proyecto fue posible con
el apoyo financiero del CDCHT-ULA (C-992-9901-ED), del Programa Postgrados Integrados en
Ecología de FONACIT, la Red Interamericana de
Cooperación Andes y Sabanas (RICAS) financiada
por el Inter-American Institute for Global Research
(IAI) IAI-CRN-040, así como la Universidad
Interamericana de Puerto Rico.
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